片上螺旋電感由于其低成本和易集成的特點,已經被廣泛應用于射頻集成電路中,例如低噪聲放大器、混頻器、壓控振蕩器以及匹配網絡等。然而,隨著5G通信技術的出現(xiàn),傳統(tǒng)的金屬螺旋電感已經無法滿足器件在高頻工作狀態(tài)下的性能要求。因此,將新型納米材料與傳統(tǒng)無源器件相結合可以為高頻化、小型化、高可靠性的集成電路制造帶來轉機,而石墨烯由于其優(yōu)異的特性有望取代傳統(tǒng)金屬成為下一代基礎電子材料。本文的研究工作主要圍繞石墨烯片上螺旋電感的設計和建模來展開,深入研究了石墨烯的相關性質以及石墨烯及其他碳納米材料在片上電感領域的應用,回顧了片上電感建模的發(fā)展歷程,在當前片上螺旋電感的設計和建模理論基礎上,提出了對石墨烯片上螺旋電感設計和建模的改進。本文的主要研究工作包括:1)介紹了片上螺旋電感的性能參數(shù)及電磁損耗機制,為電感的設計和優(yōu)化提供了理論依據;2)分別研究了幾何參數(shù)和工藝參數(shù)對石墨烯螺旋電感的性能影響,探究了優(yōu)化設計方法;3)提出了一種改進的石墨烯螺旋電感等效電路模型,該模型在傳統(tǒng)的單π模型的基礎上依據石墨烯電感的高頻特性增加了串聯(lián)支路上的電容元件C,并應用在一款外徑為24μm,線寬為3μm,厚度為62nm的... 

【文章來源】：華東師范大學上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

石墨烯的能帶結構圖及狄拉克錐示意圖

華東師范大學碩士學位論文 第二章其中 ρ 是導體的電導率，l 是指這段導體的長度，S 是指導體的橫截面積。在高頻情況下，則該導體的電流分布會發(fā)生變化，電流流過的深度我們用趨膚深度表示：f f 1(2.16)同時，隨著工作頻率的升高，導體的趨膚深度會下降，從而交流電阻增大，引起了更多的導體歐姆損耗。（二）鄰近效應鄰近效應[44]發(fā)生在螺旋電感相鄰的金屬導線之間，示意圖如圖 2.8 所示。

圖 3.2 HFSS 中石墨烯電感的仿真模型圖3.2 幾何參數(shù)對片上螺旋電感的影響本文所研究的幾何參數(shù)是針對電感線圈本身的形狀和尺寸，包括圈數(shù) n，條帶寬度 w，線間距 s 和內徑inR 。這些參數(shù)直接影響了片上電感所占用的面積大��；同時改變著每一段電感線之間以及導線和襯底之間的相互作用，進而影響整個電感的工作性能。因此，本節(jié)設計了 13 款不同幾何參數(shù)的石墨烯片上螺旋電感，分組對比用以研究四項幾何參數(shù)對等效串聯(lián)電感值sL 和品質因數(shù) Q 值的影響。這些電感的厚度 t 均為 1μm，建立在電阻率為 10Ω·cm，厚度為 500μm 的高阻硅上，介質層為二氧化硅，厚度為 90nm。該節(jié)主要研究電感幾何參數(shù)與螺旋電感性能的關系，因此適當簡化了仿真過程，去除了襯底和介質層的寄生影響，只研究電感本身的性能。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]碳基無源器件研究進展綜述[J]. 王高峰,趙文生,孫玲玲.  電子學報. 2017(12)



本文編號：3046680